JPH0653749A - Broad band amplifier - Google Patents
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- JPH0653749A JPH0653749A JP4205244A JP20524492A JPH0653749A JP H0653749 A JPH0653749 A JP H0653749A JP 4205244 A JP4205244 A JP 4205244A JP 20524492 A JP20524492 A JP 20524492A JP H0653749 A JPH0653749 A JP H0653749A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 オシロスコープ等の高帯域入力増幅段に使用
され、温度による変動が少なくしかも増幅特性を劣化さ
せることのない広帯域増幅器を提供する。
【構成】 電圧制御手段(6、R3、R4、R5、R6、R
9)は、ソース・ホロワの電界効果トランジスタ1の入
力端Tiの入力検出信号と出力側トランジスタ5の出力
検出信号の誤差に比例した制御電圧を可変抵抗部2に出
力する。該可変抵抗部2は制御電圧にしたがってその抵
抗値を変化するものの、該可変抵抗部に流れる電界効果
トランジスタからのドレイン電流は定電流源3によって
常に一定に保持される。このため、出力側トランジスタ
の出力電圧が前記誤差に応じて変動し、入力検出電圧と
出力検出電圧が常に等しくなるように制御される。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide a wide-band amplifier which is used in a high-bandwidth input amplification stage such as an oscilloscope, has little fluctuation due to temperature, and does not deteriorate the amplification characteristic. [Structure] Voltage control means (6, R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R
9 ) outputs to the variable resistance unit 2 a control voltage proportional to the error between the input detection signal of the input terminal Ti of the field follower 1 of the source follower and the output detection signal of the output side transistor 5. Although the variable resistance portion 2 changes its resistance value according to the control voltage, the drain current from the field effect transistor flowing through the variable resistance portion is always kept constant by the constant current source 3. Therefore, the output voltage of the output side transistor fluctuates according to the error, and the input detection voltage and the output detection voltage are controlled to be always equal.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、オシロスコープ等の広
帯域の入力増幅段に使用される広帯域増幅器に係り、特
に素子の特性のばらつきや温度変化によるドリフトの影
響を補償できる広帯域増幅器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wide band amplifier used in a wide band input amplifying stage such as an oscilloscope, and more particularly to a wide band amplifier capable of compensating for influences of variations in element characteristics and drift due to temperature change.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、オシロスコープ等のアナログ電子
計測器に使用される広帯域増幅器は、直流から高周波数
に及ぶ広周波数帯域信号を低ドリフトで増幅する必要が
ある。特に、オシロスコープ等の垂直入力回路に使用す
る場合は、被測定信号源への負荷効果を軽減するため高
入力インピィーダンスであり、且つ後段増幅器を広帯域
化するために低出力インピィーダンスである広帯域増幅
器が必要である。さらに、素子の特性のばらつきまたは
温度変化によるドリフトの小さいことが安定な広帯域増
幅器を実現するために要求されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a wide band amplifier used in an analog electronic measuring instrument such as an oscilloscope needs to amplify a wide frequency band signal ranging from direct current to high frequency with low drift. In particular, when used in a vertical input circuit such as an oscilloscope, it has a high input impedance to reduce the load effect on the signal source under test, and a low output impedance to widen the bandwidth of the subsequent amplifier. A broadband amplifier is needed. Further, it is required to realize a stable wideband amplifier that the variation in element characteristics or the drift due to temperature change is small.
【0003】従来、例えば特公昭61−1926号公
報、実公昭61−15622号公報に開示された発明の
ように、入力信号を高周波信号成分及び低周波信号成分
に分けて増幅し、増幅後の両信号を加算する方式が知ら
れている。この方式は低周波信号と高周波信号を分離し
てそれぞれ別個の増幅器で増幅することにより安定した
広帯域の増幅を得るものである。しかし、この方式にお
いて使用される電界効果トランジスタに対しては自己バ
イアスを印加しなければならず、この自己バイアス用の
抵抗は高い抵抗値を必要とし、このため該抵抗に熱雑音
が発生して出力波形がひずむという問題があった。Conventionally, as in the inventions disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 61-1926 and Japanese Utility Model Publication No. 61-15622, an input signal is divided into a high-frequency signal component and a low-frequency signal component, and the amplified signal is amplified. A method of adding both signals is known. In this method, a low-frequency signal and a high-frequency signal are separated and amplified by separate amplifiers, respectively, to obtain stable broadband amplification. However, a self-bias must be applied to the field-effect transistor used in this method, and this self-bias resistor requires a high resistance value, which causes thermal noise in the resistor. There was a problem that the output waveform was distorted.
【0004】この問題を解決するため、従来、特公昭6
3−15764号公報に開示されているように、ソース
ホロワの電界効果トランジスタを使用し、しかも素子の
特性のばらつきによる影響および周囲温度の変動による
ドリフトに対して安定性がある広帯域増幅器が知られて
いる。この広帯域増幅器を図5を参照して簡単に説明す
る。図5において、電界効果トランジスタ31のゲート
及びドレインはそれぞれ入力端子32及び正電圧源に接
続し、ソースはバイポーラ・トランジスタ33および抵
抗34からなる定電流源を介して負電圧源に接続されて
いる。電界効果トランジスタ31のソースは更にトラン
ジスタ35のベースに接続されている。入力端子32に
設けられた分圧器36と出力側に設けられた分圧器37
はほぼ等しい分圧比を持ち、分圧された入力信号および
出力信号は演算増幅器38に供給される。演算増幅器3
8の誤差信号は抵抗器およびコンデンサからなる低域フ
ィルタ39を介してトランジスタ33のベースに供給さ
れる。In order to solve this problem, Japanese Patent Publication No.
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-15764, there is known a wide band amplifier which uses a field effect transistor of a source follower and which is stable against an influence due to variations in characteristics of elements and a drift due to variation in ambient temperature. There is. This wide band amplifier will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 5, the gate and drain of the field effect transistor 31 are connected to an input terminal 32 and a positive voltage source, respectively, and the source is connected to a negative voltage source via a constant current source composed of a bipolar transistor 33 and a resistor 34. . The source of the field effect transistor 31 is further connected to the base of the transistor 35. Voltage divider 36 provided at the input terminal 32 and voltage divider 37 provided at the output side
Have substantially equal voltage division ratios, and the divided input and output signals are supplied to the operational amplifier 38. Operational amplifier 3
The error signal 8 is supplied to the base of the transistor 33 through the low pass filter 39 including a resistor and a capacitor.
【0005】図5において、入力端子32に印加される
入力信号は電界効果トランジスタ31およびトランジス
タ35を有する広帯域増幅器によって増幅される(増幅
度は略1)。前入力分圧器36、出力分圧器37及び演
算増幅器38を含む信号路によって、低周波における広
帯域増幅器の回路の安定化と精度が維持される。演算増
幅器38は入力分圧器36からの信号の一部と、出力分
圧器37からの出力信号の一部分を比較し、誤差信号を
トランジスタ33のベースに印加する。電界効果トラン
ジスタ31のゲート・ソース電圧Vgsあるいはトランジ
スタ33のベース・エミッタ電圧VBEが動作条件の相違
により変化して出力電圧が入力電圧と異なると、演算増
幅器38の出力信号の一部が演算増幅器38に帰還し、
出力及び入力電圧の相違は、高利得の演算増幅器38お
よび電流源トランジスタ33により自動的に修正され
る。つまり、出力電圧は、Vgs及びVBEの変化にかかわ
らず自動的に入力電圧に等しくなるように修正される。In FIG. 5, an input signal applied to the input terminal 32 is amplified by a wide band amplifier having a field effect transistor 31 and a transistor 35 (the degree of amplification is approximately 1). The signal path including the pre-input voltage divider 36, the output voltage divider 37 and the operational amplifier 38 maintains the circuit stability and accuracy of the wide band amplifier at low frequencies. The operational amplifier 38 compares a part of the signal from the input voltage divider 36 with a part of the output signal from the output voltage divider 37 and applies an error signal to the base of the transistor 33. When the gate-source voltage Vgs of the field-effect transistor 31 or the base-emitter voltage V BE of the transistor 33 changes due to the difference in operating conditions and the output voltage differs from the input voltage, a part of the output signal of the operational amplifier 38 is generated. Return to 38,
The difference in output and input voltage is automatically corrected by the high gain operational amplifier 38 and current source transistor 33. That is, the output voltage is modified to be equal to automatically input voltage regardless of the change in Vgs and V BE.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】図5に示す広帯域増幅
器は低周波帯域の回路安定化をドレイン電流Idを変え
てソースホロワの電界効果トランジスタ31のゲート・
ソース電圧Vgsを変化させることにより実現している。
従って、自己バイアス用の抵抗を必要とせず熱雑音によ
る問題は生じない。しかし、トランジスタ33に流れる
エミッタ電流、換言すれば電界効果トランジスタ31の
ドレイン電流Idが変動することより電界効果トランジ
スタ31の伝達特性の相互コンダクタンスgmが変化す
る。相互コンダクタンスgmが変わることによりソース
・ホロワの電界効果トランジスタ31の高周波帯域の増
幅特性に影響を及ぼすことになる。In the wide band amplifier shown in FIG. 5, circuit stabilization in the low frequency band is performed by changing the drain current Id and the gate of the field effect transistor 31 of the source follower.
This is realized by changing the source voltage V gs .
Therefore, there is no need for a self-biasing resistor, and there is no problem due to thermal noise. However, the transconductance g m of the transfer characteristic of the field effect transistor 31 changes due to the change of the emitter current flowing through the transistor 33, in other words, the drain current Id of the field effect transistor 31. The change in the mutual conductance g m affects the amplification characteristic in the high frequency band of the field effect transistor 31 of the source follower.
【0007】この発明の目的は、内部素子で発生するド
リフトなどを補正する機能を有し、しかも高周波帯域に
おける増幅特性を劣化させることのない広帯域増幅器を
提供することである。An object of the present invention is to provide a wide band amplifier which has a function of correcting a drift or the like generated in an internal element and which does not deteriorate the amplification characteristic in a high frequency band.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の広帯域増幅器
は、入力端子に接続されたソースホロワの電界効果トラ
ンジスタと、該電界効果トランジスタのソース側に接続
されて一定のソース電流を流すための定電流源と、該定
電流源に出力端を前記電界効果トランジスタのソースに
入力端を接続されて印加される制御電圧の大きさに従っ
て抵抗を変える電圧可変抵抗素子と、該電圧可変抵抗素
子の出力端の電圧信号が供給される出力側トランジスタ
と、該出力側トランジスタの出力検出電圧と前記入力端
子の入力検出電圧との誤差を前記電圧可変抵抗素子への
制御電圧として印加する電圧制御手段とを備え、前記入
力検出電圧と出力検出電圧がほぼ等しくなるように制御
される。 また、本第2の発明は、電圧可変抵抗素子の
出力端の電圧信号を増幅して前記出力側トランジスタに
与える可変利得増幅器と、前記出力側トランジスタの出
力検出電圧のレベルを前記可変利得増幅器の利得の切換
えと連動して調整する出力電圧調整手段とを備えて構成
されている。A broadband amplifier of the present invention comprises a field follower field effect transistor connected to an input terminal and a constant current for connecting a constant source current to the source side of the field effect transistor. Source, an output terminal of the constant current source and an input terminal of the field effect transistor, the voltage variable resistance element changing resistance according to the magnitude of the control voltage applied, and the output terminal of the voltage variable resistance element. Output-side transistor to which the voltage signal is supplied, and voltage control means for applying an error between the output detection voltage of the output-side transistor and the input detection voltage of the input terminal as a control voltage to the voltage variable resistance element. The input detection voltage and the output detection voltage are controlled to be substantially equal to each other. In the second invention, a variable gain amplifier that amplifies a voltage signal at an output end of a voltage variable resistance element and applies the amplified voltage signal to the output side transistor, and a level of an output detection voltage of the output side transistor of the variable gain amplifier are provided. The output voltage adjusting means adjusts the gain in conjunction with the switching.
【0009】また、本第3の発明は、前記入力検出電圧
は前記電界効果トランジスタの入力端に接続された分圧
抵抗によって生成され、前記出力検出電圧は前記出力側
トランジスタの出力端に接続された分圧抵抗によって生
成される。In the third invention, the input detection voltage is generated by a voltage dividing resistor connected to the input end of the field effect transistor, and the output detection voltage is connected to the output end of the output side transistor. It is generated by a voltage dividing resistor.
【0010】[0010]
【作用】電圧制御手段は、ソース・ホロワの電界効果ト
ランジスタの入力端の入力検出信号と出力側トランジス
タの出力検出信号の誤差に比例した制御電圧を電圧可変
抵抗素子に出力する。該電圧可変抵抗素子は制御電圧に
従ってその抵抗値を変化するものの、該素子へと流れる
電界効果トランジスタからのソース電流は一定に維持さ
れる。この結果、出力側トランジスタに印加されるベー
ス電圧は電圧可変抵抗素子の変化に従って変動し、該ト
ランジスタの出力電圧が前記誤差に応じて変動し、入力
検出電圧と出力検出電圧が等しくなるように調整され
る。The voltage control means outputs to the voltage variable resistance element a control voltage proportional to the error between the input detection signal at the input end of the field effect transistor of the source follower and the output detection signal of the output side transistor. Although the voltage variable resistance element changes its resistance value according to the control voltage, the source current from the field effect transistor flowing to the element is maintained constant. As a result, the base voltage applied to the output side transistor fluctuates according to the change of the voltage variable resistance element, the output voltage of the transistor fluctuates according to the error, and the input detection voltage and the output detection voltage are adjusted to be equal. To be done.
【0011】また、電圧可変抵抗素子の出力端の電圧信
号を出力側トランジスタへ印加する前に可変利得増幅手
段によって増幅するとともに、電圧制御手段に帰還され
る出力検出信号の検出レベルを調整することにより出力
側トランジスタの出力信号のレベルが調整される。Further, the voltage signal at the output end of the voltage variable resistance element is amplified by the variable gain amplifying means before being applied to the output side transistor, and the detection level of the output detection signal fed back to the voltage control means is adjusted. Thus, the level of the output signal of the output side transistor is adjusted.
【0012】[0012]
【実施例】図1は本発明の広帯域増幅器の一実施例を示
している。図1において破線によって示すように、広帯
域増幅器は大略、高入力インピーダンス部Aと、低出力
インピーダンス部Bと、補償回路部Cとから構成されて
いる。高入力インピーダンス部Aはソース・ホロワの電
界効果トランジスタ1からなり、この電界効果トランジ
スタ1のゲート端子(入力端子Ti)には入力信号が入
力する。この電界効果トランジスタ1のソース端子には
可変抵抗部2と定電流源3が順次直列接続されている。
定電流源3は、一定の電流を常時に流す周知の回路構成
をとることができる。可変抵抗部2の出力端と定電流源
3の入力端の接続点にはpnpトランジスタ4のベース
が接続されている。pnpトランジスタ4のコレクタは
負の電圧が印加され、そのエミッタにはnpnトランジ
スタ5のベースが接続されるとともに抵抗R1を介して
正の電源に接続されている。pnpトランジスタ4は、
npnトランジスタ5のベースに印加されるバイアス電
圧Vbe2のレベルを調整するものである。npnトラン
ジスタ5のコレクタは正の電源に接続され、そのエミッ
タ端子は抵抗R2を介して負の電源に接続されると共に
出力端子Toとしてそこから出力電圧が取り出される。
前記低出力インピーダンス部Bは主にpnpトランジス
タ4とnpnトランジスタ5とから構成されている。1 shows an embodiment of a wide band amplifier according to the present invention. As shown by the broken line in FIG. 1, the wide band amplifier is generally composed of a high input impedance section A, a low output impedance section B, and a compensation circuit section C. The high input impedance section A comprises a field follower field effect transistor 1, and an input signal is input to the gate terminal (input terminal Ti) of this field effect transistor 1. The variable resistance section 2 and the constant current source 3 are sequentially connected in series to the source terminal of the field effect transistor 1.
The constant current source 3 can have a well-known circuit configuration in which a constant current is always supplied. The base of the pnp transistor 4 is connected to the connection point between the output end of the variable resistance unit 2 and the input end of the constant current source 3. A negative voltage is applied to the collector of the pnp transistor 4, the base of the npn transistor 5 is connected to the emitter of the pnp transistor 4, and the positive power source is connected via the resistor R 1 . The pnp transistor 4 is
The level of the bias voltage V be2 applied to the base of the npn transistor 5 is adjusted. The collector of the npn transistor 5 is connected to the positive power supply, the emitter terminal thereof is connected to the negative power supply via the resistor R 2 , and the output voltage is taken out therefrom as the output terminal To.
The low output impedance section B is mainly composed of a pnp transistor 4 and an npn transistor 5.
【0013】出力端子Toとグランドとの間には分圧抵
抗R3とR4とが直列接続されている。この分圧抵抗R3
とR4の中間接続点から出力検出電圧が取出され、演算
差動増幅器6の負側入力端に与えられる。一方、前記入
力端子Tiとグランドとの間には分圧抵抗R5とR6が接
続されている。この分圧抵抗R5とR6の中間接続点から
入力検出電圧が取出され、演算差動増幅器6の正側入力
端に与えられる。演算差動増幅器6は両検出電圧の差を
増幅して抵抗R7を介して可変抵抗部2に制御電圧を印
加する。演算差動増幅器6にはコンデンサC1が接続さ
れて主に低周波数成分の増幅が行われる。前記補償回路
部Cは主に可変抵抗部2と、定電流源3と、分圧抵抗R
3およびR4と、分圧抵抗R5およびR6と、そして演算差
動増幅器6とから構成されている。Voltage dividing resistors R 3 and R 4 are connected in series between the output terminal To and the ground. This voltage dividing resistor R 3
An output detection voltage is taken out from the intermediate connection point of R 4 and R 4 and is applied to the negative side input terminal of the operational differential amplifier 6. On the other hand, voltage dividing resistors R 5 and R 6 are connected between the input terminal Ti and the ground. An input detection voltage is taken out from an intermediate connection point of the voltage dividing resistors R 5 and R 6 and given to the positive side input end of the operational differential amplifier 6. The operational differential amplifier 6 amplifies the difference between the two detection voltages and applies a control voltage to the variable resistance section 2 via the resistor R 7 . A capacitor C 1 is connected to the operational differential amplifier 6 to mainly amplify low frequency components. The compensation circuit section C mainly includes a variable resistance section 2, a constant current source 3, and a voltage dividing resistance R.
3 and R 4 , voltage dividing resistors R 5 and R 6 , and an operational differential amplifier 6.
【0014】前記可変抵抗部2は電界効果トランジスタ
21と、この電界効果トランジスタ21のソースとドレ
イン間に並列接続された抵抗R8とコンデンサC2とから
なっている。抵抗R8は、電界効果トランジスタ1のド
レイン電流を定電流源3へ流すために、電界効果トラン
ジスタ21のチャンネル抵抗RDSと分流する分流抵抗で
ある。また、コンデンサC2は高周波信号を通過させる
ために高周波特性補償用に設けられている。電界効果ト
ランジスタ21のゲートには前記演算差動増幅器6から
の制御電圧が印加される。図2は、電界効果トランジス
タ21のゲート・ソース間の電圧VGSとドレイン・ソー
ス間の抵抗RDSの関係の一例を示し、ゲート・ソース間
電圧VGSが増加するとチャンネルの抵抗RDSが増加する
ことを示している。しかして、電界効果トランジスタ2
1のゲートに制御電圧が印加されると、該制御電圧の変
動に従ってゲート・ソース間電圧VGSも変動する結果、
その抵抗RDSも変動する。このように電界効果トランジ
スタは21は制御電圧によりソース・ドレイン間抵抗を
変える電圧制御可変抵抗素子として動作する。The variable resistance section 2 comprises a field effect transistor 21, a resistor R 8 and a capacitor C 2 connected in parallel between the source and drain of the field effect transistor 21. The resistor R 8 is a shunt resistor that is shunted with the channel resistor R DS of the field effect transistor 21 in order to cause the drain current of the field effect transistor 1 to flow to the constant current source 3. Further, the capacitor C 2 is provided for high frequency characteristic compensation in order to pass a high frequency signal. A control voltage from the operational differential amplifier 6 is applied to the gate of the field effect transistor 21. FIG. 2 shows an example of the relationship between the gate-source voltage V GS and the drain-source resistance R DS of the field effect transistor 21, and as the gate-source voltage V GS increases, the channel resistance R DS increases. It shows that you do. Then, the field effect transistor 2
When the control voltage is applied to the gate of No. 1, the gate-source voltage V GS also changes in accordance with the change in the control voltage.
Its resistance R DS also varies. In this way, the field effect transistor 21 operates as a voltage control variable resistance element that changes the resistance between the source and drain according to the control voltage.
【0015】次に、図1に示す広帯域増幅器の動作につ
いて説明する。説明の都合上、可変抵抗部2を制御電圧
によってその抵抗値を変化させる可変抵抗素子Rに置き
換えることにする。入力端子Tiに印加する入力電圧を
Viとし、このとき電界効果トランジスタ1のゲート・
ソース間電圧をVgsとする。このゲート・ソース間電圧
Vgsは温度に依存するドレイン電流とピンチオフ電圧に
よって決定される。定電流源3の存在により入力電圧V
iのレベルの如何にかかわらず電界効果トランジスタ1
のドレイン電流Id、即ち定電流源3に流入する電流は
一定であるから電界効果トランジスタ1のソース端子と
定電流源3の入力端の間にはR・Idの電圧降下が生じ
る。従って、pnpトランジスタ4のベースには(Vi
−Vgs−R・Id)の電圧が印加されることになる。こ
の時、pnpトランジスタ4のベース・エミッタ間の電
圧をVbe1と、npnトランジスタ5のベース・エミッ
タ間の電圧をVbe2と、出力端子Toの出力電圧をVoと
それぞれ仮定すると、出力電圧Voは(1)式によって
表すことができる。Next, the operation of the wide band amplifier shown in FIG. 1 will be described. For convenience of explanation, the variable resistance portion 2 will be replaced with a variable resistance element R whose resistance value is changed by a control voltage. The input voltage applied to the input terminal Ti is V i, and at this time, the gate of the field effect transistor 1
The voltage between sources is V gs . The gate-source voltage V gs is determined by the temperature-dependent drain current and the pinch-off voltage. Due to the presence of the constant current source 3, the input voltage V
Field effect transistor 1 regardless of the level of i
Since the drain current Id, that is, the current flowing into the constant current source 3 is constant, a voltage drop of R · Id occurs between the source terminal of the field effect transistor 1 and the input terminal of the constant current source 3. Therefore, the base of the pnp transistor 4 has (V i
A voltage of −V gs −R · Id) will be applied. At this time, assuming that the base-emitter voltage of the pnp transistor 4 is V be1 , the base-emitter voltage of the npn transistor 5 is V be2, and the output voltage of the output terminal To is V o , the output voltage V o can be expressed by equation (1).
【0016】[0016]
【数1】 VO=Vi−Vgs−R・Id+Vbe1−Vbe2 (1) 本発明の目的はVo=Viとすることであるが、ドリフト
要因としてVgs、Vbe1およびVbe2が存在する。そこ
で、(1)式より次の(2)式を得る。[Number 1] V O = V i but -V gs -R · Id + V be1 object of -V be2 (1) The present invention is to a V o = V i, V gs as a drift factor, V be1 and V be2 exists. Therefore, the following expression (2) is obtained from the expression (1).
【数2】 −Vgs−R・Id+Vbe1−Vbe2=0 (2) (2)式が成り立てば広帯域増幅器の内部素子に発生す
るドリフトを打ち消すことができる。(2)式は次の
(3)式に変形される。## EQU2 ## −V gs −R · Id + V be1 −V be2 = 0 (2) If the formula (2) is established, the drift generated in the internal element of the wide band amplifier can be canceled. The equation (2) is transformed into the following equation (3).
【数3】 R=(−Vgs+Vbe1−Vbe2)/Id (3) ここで、可変抵抗素子Rは電界効果トランジスタ21の
チャンネル抵抗RDSと抵抗R8の合成抵抗であるから、
次の(4)式により表される。R = (− V gs + V be1 −V be2 ) / Id (3) Here, the variable resistance element R is a combined resistance of the channel resistance R DS of the field effect transistor 21 and the resistance R 8 .
It is expressed by the following equation (4).
【数4】 R=(RDS・R8)/(RDS+R8) (4) (3)式と(4)式から次の(5)式が得られる。[Number 4] R = (R DS · R 8 ) / (R DS + R 8) (4) (3) equation (4) from the following equation (5) is obtained.
【数5】 (RDS・R8)/(RDS+R8)=(−Vgs+Vbe1−Vbe2)/Id (5) ここで、Vgs,Vbe1,Vbe2が温度変化などでドリフト
した場合、抵抗R8を適当に選択し、図2に示すように
電界効果トランジスタ21のゲート・ソース間電圧を制
御することにより、チャンネル抵抗RDSを変化させて
(5)式を満足するようにすれば、出力電圧VOは入力
電圧Viと常に等しくなる。[Number 5] (R DS · R 8) / (R DS + R 8) = (- V gs + V be1 -V be2) / Id (5) here, V gs, V be1, Vbe2 drift with temperature change or the like In this case, the resistor R 8 is appropriately selected and the gate-source voltage of the field effect transistor 21 is controlled as shown in FIG. 2 to change the channel resistance R DS so that the equation (5) is satisfied. Then, the output voltage V O is always equal to the input voltage V i .
【0017】周囲温度の変化等により出力電圧Voにド
リフトが現れると、このドリフトに従って出力検出電圧
が変動し、差動増幅器6により入力検出電圧との誤差が
増幅されて制御電圧として電界効果トランジスタ21の
ゲートに印加される。この制御電圧の変化に従って上述
したようにソース・ドレイン間の抵抗RDSが変化する。
電界効果トランジスタ1のドレイン電流Idは抵抗RDS
の変化と無関係に一定に保持されるから、抵抗RDSの変
化に従ってpnpトランジスタ4のベース電圧が変化
し、この結果、pnpトランジスタ4およびnpnトラ
ンジスタ5のベース・エミッタ電圧Vbe1およびVbe2が
変化して出力電圧VOのドリフトを消滅させる。このよ
うに、補償回路部Cは、入力検出電圧と出力検出電圧が
常に一致するように動作するため、出力電圧VOにはド
リフトが生じない。さらに、電界効果トランジスタ1の
ドレイン電流Idは常に一定値に保持されているから、
電界効果トランジスタ1の相互コンダクタンスもほぼ一
定に保持されて動作点が変動して出力波形が歪む等の不
都合はない。When a drift appears in the output voltage V o due to a change in ambient temperature or the like, the output detection voltage fluctuates in accordance with the drift, and the differential amplifier 6 amplifies an error from the input detection voltage to produce a field effect transistor as a control voltage. 21 is applied to the gate. The resistance R DS between the source and drain changes as described above according to the change in the control voltage.
The drain current Id of the field effect transistor 1 is the resistance R DS
Of the pnp transistor 4 changes as the resistance R DS changes, and as a result, the base-emitter voltages V be1 and V be2 of the pnp transistor 4 and the npn transistor 5 change. Then, the drift of the output voltage V O is eliminated. In this way, the compensation circuit section C operates so that the input detection voltage and the output detection voltage always match, so that the output voltage V O does not drift. Furthermore, since the drain current Id of the field effect transistor 1 is always held at a constant value,
The transconductance of the field effect transistor 1 is also kept substantially constant, and there is no inconvenience that the operating point changes and the output waveform is distorted.
【0018】図1の広帯域増幅器の実施例においては、
可変抵抗部2に設けられる可変抵抗素子として電界効果
トランジスタ21を使用したが、電界効果トランジスタ
21に変えて図3に示すようにCdSオプト・アイソレ
ータ24を使用しても良い。図3の実施例においては、
差動増幅器6から出力される制御電圧はCdSオプト・
アイソレータ24のフォトダイオード241に印加され
る。フォトダイオード241から制御電圧に比例した強
度の光が出力されてCdS242に照射され、抵抗値を
光強度に従って変化させる。この結果、CdSオプト・
アイソレータ24は可変抵抗素子として機能し、流入す
るドレイン電流Idにより電圧降下R・Id(Rは可変
抵抗部2の等価抵抗)を生じる。なお、可変抵抗部2以
外の構成および動作は図1の場合と同様であるので説明
は省略する。In the wideband amplifier embodiment of FIG. 1,
Although the field effect transistor 21 is used as the variable resistance element provided in the variable resistance part 2, the CdS opto-isolator 24 may be used instead of the field effect transistor 21 as shown in FIG. In the embodiment of FIG.
The control voltage output from the differential amplifier 6 is CdS
It is applied to the photodiode 241 of the isolator 24. Light having an intensity proportional to the control voltage is output from the photodiode 241 and is irradiated on the CdS 242, and the resistance value is changed according to the light intensity. As a result, CdS
The isolator 24 functions as a variable resistance element, and a voltage drop R · Id (R is an equivalent resistance of the variable resistance section 2) is generated by the inflowing drain current Id. The configuration and operation other than the variable resistance unit 2 are the same as in the case of FIG.
【0019】図4は本発明の別の実施例を示し、図1と
同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。図4
の広帯域増幅器と図1の構成との相違は、可変抵抗部2
と定電流源3との中間接続点と低出力インピィーダンス
部Bとの間に可変増幅部Dを接続したことである。可変
増幅部Dは利得の変化可能な演算増幅器7から構成され
ている。低出力インピィーダンス部Bはnpnトランジ
スタ5のみよって構成され、該トランジスタ5のベース
に直接、演算増幅器7の出力が印加される。演算増幅器
7には利得を決定するための抵抗R11が接続され、さら
に連動スイッチ8が投入されると抵抗R12が抵抗R11に
並列接続される。また、連動スイッチ8が投入されると
出力側の分圧抵抗R4と並列に分圧抵抗R9が接続される
ように構成されている。この例では連動スイッチ8が開
放されている状態では演算増幅器7の利得は2であるが
連動スイッチ8が投入されるとその利得が10に設定さ
れる。図4の広帯域増幅器においてその入力電圧Viと
出力電圧VOの関係は、演算増幅器7の利得をGとする
と、次の(6)式により表される。FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. Figure 4
The difference between the wide band amplifier of FIG.
That is, the variable amplification section D is connected between the intermediate connection point between the constant current source 3 and the low output impedance section B. The variable amplification section D is composed of an operational amplifier 7 whose gain can be changed. The low output impedance section B is composed of only the npn transistor 5, and the output of the operational amplifier 7 is directly applied to the base of the transistor 5. A resistor R 11 for determining the gain is connected to the operational amplifier 7, and when the interlocking switch 8 is turned on, the resistor R 12 is connected in parallel with the resistor R 11 . When the interlocking switch 8 is turned on, the voltage dividing resistor R 9 is connected in parallel with the voltage dividing resistor R 4 on the output side. In this example, the gain of the operational amplifier 7 is 2 when the interlock switch 8 is open, but the gain is set to 10 when the interlock switch 8 is turned on. In the wide band amplifier of FIG. 4, the relationship between the input voltage V i and the output voltage V O is expressed by the following equation (6), where G is the gain of the operational amplifier 7.
【0020】[0020]
【数6】 VO=(Vi−Vgs−R・Id)・G−Vbe2 (6) 本発明の目的はVO=G・Viとすることであるが、ドリ
フト要因としてVgs、Vbe2およびGが存在する。そこ
で、(6)式より(7)式を得る。[6] V O = (V i -V gs -R · Id) · While G-V be2 (6) It is an object of the invention to V O = G · V i, V gs as a drift factor , V be2 and G are present. Therefore, equation (7) is obtained from equation (6).
【数7】 (−Vgs−R・Id)・G−Vbe2=0 (7) (7)式が成立すれば広帯域増幅器の内部素子に発生す
るドリフトを打ち消すことができる。(7)式を変形し
て(8)式を得る。(−V gs −R · Id) · G−V be2 = 0 (7) If the formula (7) is satisfied, the drift generated in the internal element of the wide band amplifier can be canceled. Equation (8) is obtained by modifying equation (7).
【数8】 R=(−G・Vgs−Vbe2)/(G・Id) (8) 前記(4)式と(8)式から次の(9)式を得る。R = (− G · V gs −V be2 ) / (G · Id) (8) The following formula (9) is obtained from the formulas (4) and (8).
【数9】 RDS・R8=(−G・Vgs−Vbe2)/(G・Id) (9) 従って、図1の場合と同様に、電界効果トランジスタ2
1のゲート・ソース間電圧を制御することにより、チャ
ンネル抵抗RDSを変化させて(9)式を満足するように
すれば入力電圧Viと出力電圧VOを等しくすることがで
きる。図4の場合も電界効果トランジスタ1のドレイン
電流Idは常に一定であるからその相互コンダクタンス
も一定になり、出力電圧の歪みは生じない。なお、連動
スイッチ投入時の出力検出電圧は、R4をR4・R9/
(R4+R9)に置換することにより得ることができる。[ Equation 9] R DS · R 8 = (− G · V gs −V be2 ) / (G · Id) (9) Therefore, as in the case of FIG.
By controlling the gate-source voltage of 1 to change the channel resistance R DS to satisfy the expression (9), the input voltage V i and the output voltage V O can be made equal. Also in the case of FIG. 4, since the drain current Id of the field effect transistor 1 is always constant, the mutual conductance is also constant, and the output voltage is not distorted. The output detection voltage when the interlock switch is turned on is R 4 = R 4 · R 9 /
It can be obtained by substituting (R 4 + R 9 ).
【0021】[0021]
【効果】この発明は、高入力インピーダンス回路として
使用されるソースホロワの電界効果トランジスタに流れ
るドレイン電流を常に一定に維持できるように構成した
ので、該電界効果トランジスタの相互コンダクタンスを
ほぼ一定値に保持することができ、このため広帯域増幅
器の増幅特性が劣化することがない。さらに、周囲温度
変化などにより生じる出力電圧のドリフトは自動的に補
償され、素子の特性のばらつきや温度による動作点の変
化に影響されることのない安定した増幅を実現すること
ができる。特に本発明は、増幅特性に極めて安定性があ
るため、直流からほぼ250MHzの周波数帯域の信号
を測定するオシロスコープの初段の増幅器として最適で
ある。According to the present invention, since the drain current flowing through the field effect transistor of the source follower used as a high input impedance circuit can be constantly maintained at a constant value, the mutual conductance of the field effect transistor is maintained at a substantially constant value. Therefore, the amplification characteristic of the wide band amplifier is not deteriorated. Further, the drift of the output voltage caused by the change of the ambient temperature is automatically compensated, and stable amplification can be realized without being influenced by the variation of the element characteristics and the change of the operating point due to the temperature. In particular, the present invention, which has extremely stable amplification characteristics, is suitable as the first stage amplifier of an oscilloscope that measures a signal in the frequency band from DC to approximately 250 MHz.
【0022】また本発明は、さらに可変利得増幅器を接
続した場合でもドリフトの少ない増幅器を実現できる。
特に、オシロスコープの入力増幅段に使用することによ
り垂直軸感度を容易に切り替えることができる。Further, the present invention can realize an amplifier with less drift even when a variable gain amplifier is connected.
In particular, the vertical axis sensitivity can be easily switched by using it in the input amplification stage of the oscilloscope.
【図1】本発明の広帯域増幅器の実施例を示す回路構成
図。FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of a wideband amplifier of the present invention.
【図2】電界効果トランジスタのゲート・ソース電圧と
ドレイン・ソース間抵抗の関係を示す特性図。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the gate-source voltage and the drain-source resistance of a field effect transistor.
【図3】図1の電圧制御部に設けられる可変抵抗素子の
別の実施例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the variable resistance element provided in the voltage control unit of FIG.
【図4】本発明の広帯域増幅器の別の実施例を示す回路
構成図。FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing another embodiment of the wide band power amplifier of the present invention.
【図5】従来の広帯域増幅器の回路構成図。FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional wide band amplifier.
1 電界効果トランジスタ 2 可変抵抗部 3 定電流源 5 npnトランジスタ 6 演算差動増幅器 7 演算増幅器 8 連動スイッチ R3、R4、R5,R6、R9 分圧抵抗 A 高入力インピーダンス
部 B 低出力インピーダンス
部 C 補償回路部 D 可変増幅部First field effect transistor 2 variable resistance part 3 the constant current source 5 npn transistor 6 operational differential amplifier 7 operational amplifier 8 interlock switch R 3, R 4, R 5 , R 6, R 9 dividing resistor A high input impedance section B Low Output impedance C Compensation circuit D Variable amplifier
Claims (3)
界効果トランジスタと、該電界効果トランジスタのソー
ス側に接続されて一定のソース電流を流すための定電流
源と、該定電流源に出力端を前記電界効果トランジスタ
のソースに入力端を接続されて印加される制御電圧の大
きさに従って抵抗を変える電圧可変抵抗素子と、該電圧
可変抵抗素子の出力端の電圧信号が供給される出力側ト
ランジスタと、該出力側トランジスタの出力検出電圧と
前記入力端子の入力検出電圧との誤差を前記電圧可変抵
抗素子への制御電圧として印加する電圧制御手段とを備
え、前記入力検出電圧と出力検出電圧がほぼ等しくなる
ように制御されることを特徴とする広帯域増幅器。1. A field effect transistor of a source follower connected to an input terminal, a constant current source connected to the source side of the field effect transistor for supplying a constant source current, and an output terminal for the constant current source. A voltage variable resistance element having an input terminal connected to the source of the field effect transistor and changing its resistance according to the magnitude of a control voltage applied; and an output side transistor to which a voltage signal at the output terminal of the voltage variable resistance element is supplied. A voltage control means for applying an error between the output detection voltage of the output side transistor and the input detection voltage of the input terminal as a control voltage to the voltage variable resistance element, wherein the input detection voltage and the output detection voltage are substantially equal to each other. A broadband amplifier characterized by being controlled to be equal.
信号を増幅して前記出力側トランジスタに与える可変利
得増幅器と、前記出力側トランジスタの出力検出電圧の
レベルを前記可変利得増幅器の利得の切換えと連動して
調整する出力電圧調整手段とを備えたことを特徴とする
請求項1に記載の広帯域増幅器。2. A variable gain amplifier that amplifies a voltage signal at an output end of the voltage variable resistance element and applies the amplified voltage signal to the output side transistor, and a level of an output detection voltage of the output side transistor is switched between gains of the variable gain amplifier. 2. The wide band amplifier according to claim 1, further comprising an output voltage adjusting unit that adjusts in conjunction with the output voltage adjusting unit.
ジスタの入力端に接続された分圧抵抗によって生成さ
れ、前記出力検出電圧は前記出力側トランジスタの出力
端に接続された分圧抵抗によって生成されることを特徴
とする請求項1または2のいずれかに記載の広帯域増幅
器。3. The input detection voltage is generated by a voltage dividing resistor connected to the input terminal of the field effect transistor, and the output detection voltage is generated by a voltage dividing resistor connected to the output terminal of the output side transistor. The wideband amplifier according to claim 1 or 2, wherein
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